Создана «суперсмазка», позволяющая технике годами работать без сбоев даже в тяжелых условиях

Новые двумерные наноматериалы под названием Mxenes могут стать основой для «суперсмазочных» материалов, способных лучше защитить хрупкие движущиеся части будущих марсоходов.

Роботы-вездеходы, которые NASA отправило на Красную планету, представляют собой настоящее чудо как с научной, так и с технологической точки зрения, но их конструкция еще далека от совершенства. Марс — это невероятно суровая среда с экстремальными температурами, радиацией, нулевой влажностью, низким атмосферным давлением, высоким содержанием углекислого газа и химически агрессивной почвой. И огромным количеством пыли.

Это означает, что по мере того, как будущие марсоходы будут становиться все более крупными, сложными и будут рассчитаны на более длительную работу в амбициозных миссиях, их точки потенциального отказа должны быть тщательно изучены уже сейчас.

В качестве примера можно привести марсоход Perseverance, который находится в сотне миллионов километров от ближайшей мастерской и полагается на смазочные материалы в своих шарнирах, которые должны работать без сбоев в течение 15 или более лет. Хуже того, эти смазочные материалы должны «выжить» не только на Марсе, но и во время процессов биологической стерилизации, которым космический корабль подвергли перед запуском, а также в течение нескольких месяцев полета в глубоком космосе.

Сотрудничая с Центром наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории, команда Missouri S&T под руководством доктора Вадима Мочалина рассматривает MXenes (произносится как Maxines) как способ производства безопасного для Марса твердого суперсмазочного материала. MXenes — карбиды металлов, представляющие собой двумерные неорганические соединения с рядом необычных свойств, таких как способность проводить электричество. Их также можно настроить для создания прочной поверхности с очень низким коэффициентом трения.

Чтобы проверить новую концепцию, исследователи нанесли карбид титана MXenes на диск с кремниевой подложкой, покрытый диоксидом кремния. Затем в атмосфере с высоким содержанием азота, предназначенной для снижения влажности до минимума, диску предстояло проскользить по стальному шару с алмазоподобным углеродным покрытием. Исследователи обнаружили, что коэффициентом трения MXenes составляет от 0,0067 до 0,0017. Напомним, что этот коэффициент изменяется от 0 до 1, где 0 означает полное отсутствие трения, а 1 означает полную невозможность скольжения – так что результаты получились весьма впечатляющими.

Не желая останавливаться на достигнутом, команда добавила к Mxenes графен, что привело к уменьшению трения еще на 37,3% и в два раза замедлило износ. Это означает, что материал может иметь потенциальное применение не только для космических полетов, но и для наземных целей, потому что, в отличие от многих других смазочных материалов, он не требует ископаемого топлива в качестве сырья.